Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

N+1Наука

Много шума для тишины

Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

Николай Мартыненко

Гул авиадвигателя, городской шум за окном, утренний рев соседского перфоратора — в нашу жизнь регулярно вторгаются бессмысленные и беспощадные звуки, волны упругих механических колебаний. Любой звук для слышащего начинается с вибрации барабанной перепонки, которая передается по цепочке маленьких косточек в черепе и затем становятся сигналом, бегущим по слуховому нерву в головной мозг. Весь этот труд регулярно оказывается не только ненужным, но даже вредным: слово «шум» мы противопоставляем «сигналу», на шум жалуемся, от шума пытаемся сбежать или защититься.

Громкость любого звука зависит от амплитуды волн, которые добегают до нас по среде (будто то воздух, вода или даже твердое тело) до наших ушей, то есть от размаха колебаний частиц среды — чем больше «горбы» смещения, тем громче звук. Чтобы сделать любой звук тише, нужно уменьшить его амплитуду, пока он не добрался до наших барабанных перепонок. Обычно размах колебаний уменьшают, возводя всевозможные препятствия на пути распространения волны. Уличный шум ослабевает, если закрыть в комнате окно. От рева соседского перфоратора за стеной можно спастись при помощи берушей. Однако такой подход не всегда удобен и эффективен: в салоне самолета слышен гул двигателей, потому что стенок корпуса для защиты от этого шума недостаточно, в комнате с закрытым окном попросту становится душно, а в приспособлениях для ушей сложно сочетать хорошую звукоизоляцию с компактностью.

Схема регистрации звука угольным микрофоном — продольные колебания воздействуют на мембрану, заставляя ее сжиматься и разжиматься. Marc Rodriguez / giphy.com

Можно перейти от пассивной защиты к активному противодействию: уменьшить амплитуду, создав вторую волну, колебания которой происходят в противофазе — то есть «горбы» колебаний этих волн направлены противоположно. При наложении друг на друга эти колебания ослабят друг друга, амплитуда результирующей волны уменьшится, и звук станет тише — дополнительный шум буквально заглушит исходный.

Гипотетически так можно, например, заглушить шумный досуг компании с портативной колонкой при помощи точно такой же колонки, работающей «зеркально». На практике, конечно, сделать это проблематично из-за сложностей копирования звука и особенностей его распространения — эти обстоятельства затрудняют работу даже самых эффективных приборов.

Первый в истории патент на систему активного шумоподавления подал немец Пол Люг в январе 1933 года, за три дня до назначения Адольфа Гитлера рейхсканцлером. Автор предложил записывать нежелательный шум при помощи микрофона, передавать сигнал на громкоговоритель и воспроизводить в противофазе — звуковые волны наложатся и погасят друг друга, благодаря чему исходный шум исчезнет. Люг полагает, что изобретение можно использовать для борьбы с эхом в театрах и концертных залах, а также для подавления шума печатных машинок в конторах.

Схематическое описание системы активного шумоподавления Пола Люга в американском патенте (М — микрофоны, L — громкоговорители). Paul Lueg / United States Patent and Trademark Office, 1936

Вопреки воле изобретателя, патентное бюро классифицирует разработку Люга как военную, на нее вешают гриф «секретно» и передают на рассмотрение армейским структурам. Через год ведомство направляет автору ответ: изобретение лишено новизны, не представляет практического интереса для армии и потому патент на нее Люгу выдан не будет. Ученый пишет ответ со своими возражениями, однако в феврале получает второе письмо, которое касается уже практической демонстрации активного шумоподавления — теперь комиссия сочла это оригинальным приложением уже известного принципа интерференции и вновь отметила бесполезность метода в военной отрасли: в то время громкоговорители действительно были слишком слабыми и громоздкими, чтобы использоваться в армии. Однако история активного шумоподавления на этом не заканчивается.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Он и оно: как кофе управляет нашим организмом Он и оно: как кофе управляет нашим организмом

Все что вы хотели знать о кофе, включая «он» или «оно»

Популярная механика
Расстанемся друзьями Расстанемся друзьями

Как сохранить нормальные отношения с мужем после развода?

Лиза
Почему в мире так мало левшей: кто виноват и что делать Почему в мире так мало левшей: кто виноват и что делать

Почему человек изначально рождается правшой или левшой?

Популярная механика

Глава нового романа Виктора Пелевина под названием Desology

Esquire
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Витамин D оказался не эффективнее плацебо при депрессии Витамин D оказался не эффективнее плацебо при депрессии

Витамин D при депрессии полезен или нет?

N+1
Как выглядят мумии изнутри: современные технологии Как выглядят мумии изнутри: современные технологии

Какие сложные процедуры мумификации практиковались тысячи лет назад

Популярная механика
Delo Design Delo Design

Арсений Бродач и команда архитекторов строят петербургский бренд Delo Design

Собака.ru
Годовщина самой крупной в истории авиакатастрофы с участием одного самолета Годовщина самой крупной в истории авиакатастрофы с участием одного самолета

В этот день 35 лет назад Boeing 747 разбился под Токио

Maxim
Сделай сам: лучшие приложения для самостоятельных поездок Сделай сам: лучшие приложения для самостоятельных поездок

Приложения, которые помогут путешествовать без агентств и сэкономить деньги

CHIP
Существует ли «мужской» или «женский» мозг? Существует ли «мужской» или «женский» мозг?

Люди ищут половые различия в человеческом мозге с XIX века

Популярная механика
Изменение климата оставит сычей без «холодильников» Изменение климата оставит сычей без «холодильников»

Смогут ли воробьиные сычи приспособиться к изменению климата

N+1
Что нужно знать о хоккеисте Андрее Свечникове Что нужно знать о хоккеисте Андрее Свечникове

Рассказываем о самой молодой российской звезде НХЛ

GQ
Опять двадцать пять: как помочь родителям конкурировать с молодыми специалистами на рынке труда Опять двадцать пять: как помочь родителям конкурировать с молодыми специалистами на рынке труда

Предпенсионный возраст не помеха задуматься о развитии карьерного пути

РБК
Верх безвкусицы! 7 сочетаний в одежде, которые испортят любой образ Верх безвкусицы! 7 сочетаний в одежде, которые испортят любой образ

Сочетать несочетаемое получается далеко не всегда

Cosmopolitan
Лесные девицы — черницы и голубицы Лесные девицы — черницы и голубицы

Чем так примечательны голубика и черника

Наука и жизнь
Смерть — решает: девять улик к феномену Альфреда Хичкока Смерть — решает: девять улик к феномену Альфреда Хичкока

Ген ужаса: как Хичкок превращал повседневность в корриду?

Esquire
Лучше гор Лучше гор

За вдохновением Николай Рерих пускался в реальные и весьма опасные странствия

Вокруг света
«Неизвестная Астрид Линдгрен»: как «редактор на полставки» привела издательство-банкрот к  процветанию «Неизвестная Астрид Линдгрен»: как «редактор на полставки» привела издательство-банкрот к  процветанию

Почти никто не знает Астрид Линдгрен как редактора и успешного предпринимателя

Forbes
«Я свободолюбивая девушка и сразу обозначаю границы» «Я свободолюбивая девушка и сразу обозначаю границы»

Что есть в жизни теннисистки Анастасии Павлюченковой, кроме спорта

OK!
Что будет после? Что будет после?

Дилан Спроус: у меня были очень привлекательные партнеры по фильму

OK!
Таяние ледяных щитов обвинили в нарушении углеродного обмена в Северном полушарии Таяние ледяных щитов обвинили в нарушении углеродного обмена в Северном полушарии

Концентрация CO2 в атмосфере растет, а ледяные щиты тают с рекордной скоростью

N+1
8 вещей, которые делают твою фигуру квадратной — подбираем правильный фасон 8 вещей, которые делают твою фигуру квадратной — подбираем правильный фасон

Неправильно подобранная вещь превращает идеальную фигуру в нечто бесформенное

Cosmopolitan
Физики смоделировали поведение странных металлов Физики смоделировали поведение странных металлов

Модель температурной зависимости удельного сопротивления странных металлов

N+1
Охлаждение фотокатода из монокристалла меди сделало его излучение вчетверо ярче Охлаждение фотокатода из монокристалла меди сделало его излучение вчетверо ярче

Физики из США создали фотокатод из монокристалла меди

N+1
6 видов спа для беременных, которые разрешены 6 видов спа для беременных, которые разрешены

Пилинг и другие процедуры, которые подойдут будущим мамам

9 месяцев
Сколько гаджеты, выпущенные полвека назад, стоили бы сегодня Сколько гаджеты, выпущенные полвека назад, стоили бы сегодня

Кто-то ещё жалуется на то, что смартфоны стоят дороже $1000?

Maxim
Торнтон Уайлдер Торнтон Уайлдер

Статья об американском прозаике и драматурге Торнтоне Уайлдере

Дилетант
Вопрос психологу: что такое кризис среднего возраста и как его пережить? Вопрос психологу: что такое кризис среднего возраста и как его пережить?

Об эмоциональном состоянии, связанном с переоценкой жизненного опыта

Esquire
Когда ядро Земли начало остывать: древняя загадка Когда ядро Земли начало остывать: древняя загадка

Загадочная аномалия железного ядра нашей планеты

Популярная механика
Открыть в приложении